Общие принципы организации систем ввода-вывода. Унификация. Параллельная работа процессора и пу. Мольдульность. Магистральность.
Передача информации с периферийного устройства в ядро ЭВМ называется операцией ввода, а передача из ядра ЭВМ в периферийное устройство - операцией вывода.
При разработке систем ввода-вывода должны быть решены следующие проблемы:
Должна быть обеспечена возможность реализации машин с переменным составом оборудования.
Для эффективного использования оборудования ЭВМ должны реализовываться параллельная во времени работа процессора над программой и выполнение периферийными устройствами процедур ввода-вывода.
Необходимо стандартизировать программирование операций ввода-вывода для обеспечения их независимости от особенностей периферийного устройства.
Необходимо обеспечить автоматическое распознавание и реакцию ядра ЭВМ на многообразие ситуаций, возникающих в ПУ (готовность устройства, различные неисправности и т.п.).
Унификация —это возможность реализации машин с переменным составом оборудования
Унифицированные форматы данных при обмене ПУ с ЭВМ
Унификация компонентов интерфейса
Унификация формата и набора команд процессора для операций ввода/вывода
Параллельная работа процессора и периферийных устройств
Отделение схем управления вводом-выводом от процессора
Передача общих функций ввода/вывода контроллерам прямого доступа к памяти, процессорам ввода-вывода
Принцип модульности
Модульность - построение системы из модулей со стандартным интерфейсом.
Модуль - печатная плата , на которой реализован адаптер или контроллер, соединяющий периферийное устройство с шиной.
Возможность подключения модулей к системной шине обеспечивает гибкость в выборе и изменении состава системы.
Принцип магистральности
Магистральность - использование для информационного обмена между устройствами ЭВМ магистралей (шин), к которым подключаются модули.
В современных компьютерах используется иерархия шин, отличающихся пропускной способностью, набором сигналов и протоколом.
Общие принципы организации систем ввода-вывода. Принципы организации информационного взаимодействия модулей по шинам. Принцип подчиненности. Принцип квитирования. Принцип унификации характеристик модулей. Инф, элект и констр совместимость
Принцип подчиненности
Одно из обменивающихся информацией по шине устройств является ведущим, управляющим процессом обмена, а другое (или несколько других) – ведомым.
Принцип квитирования
использование специального сигнала quit (квитанции), формируемого ведомым устройством и используемого ведущим как разрешение завершения цикла обмена.
Это позволяет организовать обмен между модулями с различным быстродействием.
Принцип унификации характеристик модулей
обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости интерфейсов модулей вычислительной системы
Информационная совместимость
одинаковый состав управляющих сигналов в линиях шины, форматов адресов и данных, а также протоколов обмена.
Требование информационной совместимости влияет на функциональную организацию адаптеров и контроллеров.
Электрическая совместимость
согласованность параметров электрических сигналов, используемых для информационного обмена по шине, нагрузочной способности источников сигнала и входных токов приемников, паразитных параметров линии связи.
Конструктивная совместимость
унификация модулей, шины и корпуса ЭВМ по конструктивным параметрам: размерам, типам соединителей, месту их установки и т.п.
Общие принципы организации систем ввода-вывода. Интерфейс. Классификация интерфейсов. Способы соединения компонентов. Способы передачи информации. Принцип обмена информацией. Режимы передачи информации.
Интерфейс . Для обмена данными между компьютером и ПУ в компьютере предусмотрен внешний интерфейс, то есть набор проводов, соединяющих компьютер и периферийное устройство, а также набор правил обмена информацией по этим проводам. Интерфейс реализуется со стороны компьютера совокупностью аппаратных и программных средств: контроллером ПУ и специальной программой, управляющей этим контроллером, которую часто называют драйвером соответствующего периферийного устройства.
Со стороны ПУ интерфейс чаще всего реализуется аппаратным устройством управления, хотя встречаются и программно-управляемые периферийные устройства.
Классификация интерфейсов
способ соединения компонентов
способ передачи информации
принцип обмена информацией
режим передачи информации
Способ соединения компонентов
Магистральный
Радиальный
Цепочечный
смешанный
Принцип обмена информацией
Способ передачи информации
Параллельный - одновременная передача всех или части разрядов, например байта, слова, кода. Шина данных = число передаваемых рядов. (Centronics, шины расширения)
Последовательный - последовательная передача бит данных. Шина данных =1 (RS-232, USB)
Режим передачи
Симплексный – передача в одну сторону
Полудуплексный – передача в две стороны, но в разные моменты времени по одним и тем же линиям
Дуплексный – передача в две стороны одновременно. Требуются свои линии в каждую сторону
Общие принципы организации систем ввода-вывода. Способы обмена информацией между ПУ и вычислительным ядром системы. Передача данных с прерыванием программы. Программно-управляемая передача. Передача информации в режиме прямого доступа.
Организация и обмен данными между периферийными устройствами и вычислительным ядром системы
При программно-управляемой передаче и передачах данных с прерыванием программы обмен осуществляется под управлением процессора.
Операции ввода-вывода при таких обменах инициируются либо текущей командой программы, либо запросом прерывания от периферийного устройства.
В режиме прямого доступа к памяти передача информации выполняется без участия процессора под управлением специализированного управляющего блока – контроллера прямого доступа к памяти (контроллер ПДП).
Программно-управляемый обмен
Синхронный |
Асинхронный |
С быстродействующими ПУ |
Быстродействие ПУ < Быстродействия процессора |
Нет доп. синхронизации – ПУ всегда готовы к обмену |
Нужна доп. синхронизация – ПУ не всегда готовы к обмену |
Минимальные затраты аппаратных и программных средств |
Использование адаптеров (контроллеров) |